針對微控制器應(yīng)用的采用FPGA的嵌入式應(yīng)用
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在選擇微控制器時應(yīng)考慮哪些因素？本文將主要探討采用FPGA的嵌入式應(yīng)用。不過，選擇任何微控制器的標(biāo)準(zhǔn)本質(zhì)上都是相同的。設(shè)計(jì)者需要考慮下列因素：終端產(chǎn)品的成本是多少？實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)以及存儲控制程序需要多少內(nèi)存？對輸入輸出的要求？對寄存器的要求？如何與其它器件集成？
傳統(tǒng)的MCU已作為一種非定制的特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)上市，每個供應(yīng)商都提供了不同的功能以實(shí)現(xiàn)差異化并迎合市場的各種需求。將FPGA與MCU IP結(jié)合可提供比傳統(tǒng)MCU更加靈活的硬件平臺，并有助于實(shí)現(xiàn)前面列出的各項(xiàng)考慮因素。
雖然FPGA比單片MCU昂貴，但其附加的功能(如嵌入式DSP、存儲塊以及靈活的I/O環(huán))可以抵消多個器件的成本；FPGA提供了更加靈活的存儲結(jié)構(gòu)，一旦數(shù)據(jù)和指令需要改變，則用戶可以調(diào)整硬件設(shè)計(jì)來與之匹配；現(xiàn)代系統(tǒng)中有各種各樣的信號標(biāo)準(zhǔn)和接口協(xié)議，因此對輸入輸出的要求非常嚴(yán)格，具有可編程片上緩沖器的FPGA在這個領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢。例如，Lattice MachXO器件可在各種電平下支持單端LVCMOS/LVTTL和差分LVDS/LVPECL。就寄存器和暫存存儲器資源而言，面向FPGA的MCU IP核所提供的靈活性可改變配置以滿足應(yīng)用的需求；FPGA是解決器件集成問題的理想方案?？删幊滩檎冶?LUT)、寄存器和存儲器提供了額外的集成功能，同時靈活的可編程I/O和專用接口(如雙數(shù)據(jù)速率(DDR))使其與多個器件的握手更加容易。
對于許多微控制器應(yīng)用來說，F(xiàn)PGA是非常理想的器件，因?yàn)槠涑杀鞠鄬Φ土?，包含大量的嵌入式存儲塊，具有足夠的I/O以應(yīng)對幾乎所有控制器功能，擁有豐富的寄存器，并支持包括LVCMOS、SSTL及差分LVDS信號傳輸在內(nèi)的許多I/O標(biāo)準(zhǔn)。
基于閃存的非易失性FPGA
FPGA的制造工藝有多種，包括一次性編程(反熔絲)、易失性(基于SRAM)，以及使用基于EE或閃存的非易失性工藝。
表1列出了器件密度、封裝類型、可用I/O數(shù)、嵌入式和分布式存儲器，以及PLL和嵌入式DSP塊。例如，基于閃存的FPGA采用130nm和90nm工藝。廣泛的選擇范圍使得找出滿足特殊微控制器應(yīng)用需求的器件更容易一些。
表1：基于閃存的非易失性FPGA產(chǎn)品
微控制器應(yīng)用實(shí)例
FPGA的靈活性使其適用于許多微控制器應(yīng)用，以及包含微控制器的更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。
圖1：馬達(dá)控制應(yīng)用
像家用電子設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人以及正在增長的新興汽車應(yīng)用(從GPS、引擎控制到制動系統(tǒng))這些產(chǎn)品都包括圖1、2和3中所示的微控制器。
圖2：導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用
圖3：片上系統(tǒng)應(yīng)用
在馬達(dá)控制應(yīng)用中，系統(tǒng)發(fā)送和接收來自微控制器的信息，以調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的速度和方向。來自系統(tǒng)的輸入告知微控制器增大或減小馬達(dá)和控制器的速度，微控制器再依次告知系統(tǒng)馬達(dá)的實(shí)時速度和方向。
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